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沼液安全利用研究现状及进展刘喜龙1,刘建伟2,刘宾1(1内蒙古鄂尔多斯市东胜区传祥垃圾处理有限责任公司城市垃圾处理研究所,内蒙古鄂尔多斯017000;2北京建筑工程学院城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室,北京100044)摘要沼液作为有机固体废弃物厌氧发酵的残留物,富含多种氨基酸、维生素、微量元素以及有益的生物活性等物质。
分析了沼液的基本性质,就其在国内外农业、林业、养殖业等利用和研究现状作了概述,并且对沼液安全利用过程中存在的问题做了探讨,并在此基础上,提出了解决问题的相应对策。
关键词沼液;安全利用;现状;进展中图分类号X705文献标识码A文章编号05176611(2012)020096804ResearchStatusandProgressonSafeUseofBiogasSlurryLIUXi-longetal(MunicipalWasteDisposalInstitute,ChuanxiangGarbageDisposalCo,Ltd,Erdos,InnerMongolia017000)AbstractAstheresiduefromtheanaerobicfermentationoforganicsolidwastes,biogasslurryhadabundantaminoacid,vitamin,mineralandbeneficialbiologyactivemattersThepaperhereanalyzedthebasicpropertiesofbiogasslurry,introduceditsutilizationandresearchstatusinagriculture,forestryandanimalhusbandry,anddiscussedtheproblemsinitssafetyuse,basedonthese,thepaperfurtherproposedrelevantso-lutionsKeywordsBiogasslurry;Safeuse;Status;Progress基金项目内蒙古自治区“草原英才”计划(20102006)。
作者简介刘喜龙(1984),男,内蒙古人,硕士研究生,研究方向:
城市废弃物处置与利用。
收稿日期2011-10-08厌氧发酵技术在我国的应用与推广日益广泛,这项技术不仅有助于减轻温室效应和调节气候变化1,而且还可以通过富含营养物的终产物的利用来促进营养物质的循环23,用以替代部分石油、煤炭等化石燃料,因而已成为解决能源与环境问题的重要途径之一。
沼液作为厌氧发酵产生沼气后的副产物之一,除含有丰富的氮、磷、钾等元素外,还含有大量微量元素、有机质、多种氨基酸、维生素及多种有益菌群等45,其在作物种植中应用不仅能显著地改良土壤,确保农作物生长所需的良好微生物环境,而且利于增强作物抗旱能力,减少病虫害,从而提高作物产量68。
厌氧发酵沼液的安全和有效利用,既能为农林业等提供有效资源,又能解决固体废弃物处理造成的环境污染问题。
然而,目前对于有机固体废物发酵沼液利用还不充分,特别是以垃圾为主要组分的混合原料成分复杂,物质降解、分解能力不一致,厌氧消化后的成分不稳定,养分的有效性、营养元素含量难以控制,甚至还存在有害物质,影响沼液的有效利用和施用的安全性。
因此,笔者分析了近些年国内外有关对有机固体废物厌氧发酵沼液的基本性质、成分含量及其在农业、养殖业等的利用情况,并根据沼液本身的特点对其安全利用的关键问题进行探讨,在此基础上,提出沼液安全利用的相应对策。
1国内外沼液利用现状沼液是人、畜粪便及农作物秸秆等有机物经厌氧发酵后的残留物。
沼液中的养分全面,含有丰富的腐殖酸等有机物,是一种优质的有机物肥料。
大量试验证明,沼液不仅可以保证作物品质,还可以减少病虫害,提高作物产量,并且可以代替或部分代替化学肥料。
现在国内外以农业养殖、种植废弃物作为原料的沼气工程每年增加数千个,实现了能源、肥料的利用,减少农业废弃物量和农业污染。
养殖业粪便和专门种植的农作物通过生物厌氧技术生产有机肥料,已经成为农场经济效益的重要部分。
11沼液在农业中的应用沼液作为厌氧发酵残留物,其经济价值和环境价值不容忽视。
有效开展沼液的综合利用,既可减少化肥的使用量,避免大量使用化肥造成的土壤板结的现象,又可达到改良土壤的目的,提高农作物的产量和品质。
111沼液浸种技术。
沼液浸种就是利用沼液中所含的“生理活性物质”、营养成分以及相对稳定的温度对种子进行播种前的处理9。
沼液中的氮、磷、钾等为种子发芽及幼苗生长提供营养;微量元素则在浸种过程中可以渗透到种子细胞内,刺激种子发芽和生长;同时,微生物在分解发酵原料时分泌出的多种活性物质,对作物生长也具有重要的调控作用10。
用于小麦、玉米、甘薯、水稻等作物浸种可以起到提高种子发芽率、促进种子生理代谢,使幼苗“胎里壮”、生长旺盛、抗病、抗虫、抗逆能力强,提高农作物产量等优点11。
112沼液的叶面喷施。
沼液经过充分发酵,富含有多种营养成分,是一种优质有机肥料,喷施于叶片的背面,其效果比化肥好,作物生长每个季节都能进行,可增强光合作用,有利于花芽的形成与分化,保花保果,果实膨大,提高产量12。
沼液既可单施,也可与化肥,农药、生长剂等混合使用。
该技术可调节作物生长代谢,为作物提供营养,从而提高作物的产量和品质,尤其是用于蔬菜、瓜果,其效果更为明显13。
12沼液在防止农作物病虫害的应用沼气发酵原料经过沼气池的厌氧发酵,产生的沼液不仅含有作物生长所需的氮、磷、钾微量元素和微生物代谢产物,而且含有提高植物抗逆性的激素、丁酸、吲哚乙酸、抗菌素等14,因此,沼液不仅可以促进作物增长,提高植物抗逆性还可以用来防治植物病虫害。
沼液在防治蚜虫、果树害虫以及玉米螟等害虫方面的应用,已取得了很大的成效15。
责任编辑王淼责任校对李岩安徽农业科学,JournalofAnhuiAgriSci2012,40
(2):
96897113沼液在林果业方面的应用131果树的叶面喷施。
果树叶面喷施的沼液应取自正常产气的沼气池,并经过滤或澄清后再用。
沼液用作叶面施肥,在果树的各个生育期均可进行,试验表明,叶生长期喷施沼液能增强光合使用,有利于花芽的形成与分化;花期喷施,可提高坐果率;果实生长期喷施,能促进果实膨大,有利于提高产量,而且果品色艳、口感好、果型正、商品性高16。
132果树根部施沼液。
长期用沼液对果树的根部施肥,可使果树的树势茂盛,叶色浓绿,病虫害明显减少,幼果脱落的较少,结出的果实味道纯正,产量比施化肥或普通有机肥高。
对果树的根部施沼液时需要注意,不同树龄应当采取不同的施肥方法。
幼树施用沼肥要结合扩穴,以树冠滴水为直径向外按环向开沟,开沟不要太深,以免损伤根系,施肥后覆土,并且每年向外扩展,以增加根系对营养物质的吸收范围,充分发挥肥效17。
14沼液在养殖业中的应用141沼液喂鸡鸭。
沼液喂鸡鸭是通过将沼液与水混合供应给鸡鸭食用。
沼液中含有的多种氨基酸、微量元素等活性物质能够有效地刺激母鸡卵巢的排卵功能,促进鸡的生长发育,提高产卵能力。
沼液添加量要适度,若沼液量与饲料量的比例大于11时,鸡会出现泻肚现象。
一般将沼液与清水按37混合后供鸡鸭饮用或者沼液与饲料以12的比例将饲料拌湿饲喂,均能收到较好的饲养效果18。
142沼液喂猪。
沼液中含有17种氨基酸、维生素、葡萄糖和大量的细菌蛋白等营养物质,能够促进猪的生长发育,缩短育肥期,提高饲料转换率,降低料肉比,达到增重的目的,可称得上是一种优质的饲料添加剂。
沼液喂猪应注意:
沼液仅仅是一种添加剂,不能完全取代饲料。
只有在保证猪生长发育所需饲料的条件下,才能达到增重快、育肥期短的目的19。
因各地利用的沼气发酵原料不同和管理处理的水平不一致,使得沼液成分不稳定,因此用户用沼液喂猪时,用量可能有差异,实际产生的饲养效果也可能有所不同。
143沼肥养鱼。
用沼液进行养鱼,是将沼液施入鱼塘,利用沼液中所含的各种养分,增加鱼塘中浮游动、植物产量,供底栖生物孳生摄食,增加鱼饵料,同时沼肥中含有半消化或未消化的饲料,可直接供鱼食用,弥补人工饲料的养分不足,提高饲料效率,改善鱼塘生态环境,充分开发利用鱼塘生态系统资源,使池塘养鱼达到稳产、高产20。
另外,利用沼液养鱼一般采取混养的方法,即放鲤鱼、鲫鱼40%50%,鲢鱼30%左右,草鱼20%30%。
操作要点:
施用量要根据鱼塘的具体情况确定,一般每次鱼塘沼液用量不超过4500kg/hm2,沼渣不超过2250kg/hm2。
高温季节,鱼类生长快,需要的饵料多,可适当增加施用次数9。
144沼液喂奶牛。
沼气厌氧发酵性细菌与瘤胃微生物相似,将沼液添加到饲料中饲喂奶牛能增加瘤胃正常微生物的数量和活性,提高饲料的利用率,且沼液中所含的多种氨基酸和消化酶,能有效地促进畜禽骊饲料的消化、吸收和利用,能刺激奶牛泌乳功能,从而提高产奶量,其经济效益十分显著21。
利用沼液尽管取得了一定的效益,但也暴露出来一些安全隐患问题,特别是在占主体地位的农村,环境污染和能源浪费,转化及利用问题比较突出。
厌氧发酵产生制成的有机肥能否安全应用于园林绿化、蔬菜、果树栽培中,是否符合卫生和健康标准等成为人们担心的问题。
其化学、生物、物理特性对园林植物生长、对土壤生态环境影响程度也已成为研究的热点。
2沼液安全利用评价指标沼液中的有害物质是否符合安全使用的标准,是人们一直关注的问题,也是安全利用的关键所在。
由于沼液可能包含有像二噁英复合物、多氯化溴(PCB)、多环芳香烃类、酚类等有害物质,严重影响沼液的安全利用22。
其中污染物的浓度、化学反应的特点、挥发性、水溶性、吸收力等,在安全利用时必须都应该考虑进去。
当前我国土壤环境质量呈下降趋势,加上大批化肥的使用,土壤结构的严重破坏,重金属污染面积大,对农作物、蔬菜等的生产及其品质危害严重。
针对有机固体废物联合发酵沼液盐分高,可能含有一定浓度的重金属,直接施用,容易造成土壤板结(表1),造成植物毒性等特点,研究有机固体废物联合发酵沼液预处理技术,以降低沼液盐分和重金属含量,提高氮、磷、钾和微量元素等养分含量,强化液态肥的品质,提高肥效,已势在必行。
表1土壤含盐量分级指标盐分%盐渍化程度植物反应01非盐渍化程度对植物不产生盐害0103盐渍化土对盐分极敏感作物有影响0305中度盐土对盐分敏感作物有影响0510重盐土只有耐盐植物可种植,但影响产量10极重盐土只有极少数耐盐植物能生存3沼液安全利用过程存在的问题20世纪90年代初,固体废弃资源化利用和生物肥料的研究及在生产中的应用技术就已经作为重点支持基金项目。
随着低碳经济发展,生态农业和绿色食品生产的兴起,沼肥作为农业生产的一类重要环境友好型生物肥料以及对作物生长的多种功能和作用特点,再一次引起人们的高度重视,并得到一定的发展空间,目前已成为国内外研究的热点,沼液的研究和安全利用处在一个崭新的发展时期,以其独特的生物功能和环保效益显示出较好的发展前景23。
虽然我国对沼液的利用已经取得了很大的进步,并且形成了一定的规模,但跟国外相比,我国沼液的利用现状还不是很乐观,与国外先进水平存在着很大的差距。
由于我国农村用以发酵的原料很多,从餐厨到秸秆,从禽畜粪便到树木枝叶等都可以利用,会使沼液的成分、浓度及性质、重金属的含量、抗病防虫功效有很大的差异,同时,在利用的时间和日常管理上也存在着问题。
31重金属含量超标重金属,从环境污染方面来说,实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属,也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡96940卷2期刘喜龙等沼液安全利用研究现状及进展等。
目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等。
因为发酵原料的复杂性,如生活垃圾中的电池、灯管等,所以产生的沼液含有一定量重金属,超标则有可能造成重金属的污染,而重金属的污染有时会造成很大的危害。
例如,日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染)等公害病,都是由重金属污染引起的,所以,应严格防止重金属污染。
32营养元素含量不足由于沼液是固体废物厌氧发酵后的残留液体,总固体含量不到1%,与沼渣相比,养分含量不高,主要是速效养分,总氮含量一般为003%008%,而总磷、总钾的含量也是在005%140%,所以对于生长周期长的作物来讲,需要的养分需要适当的添加大量元素或微量元素进行复配,从而达到规定的肥料标准。
33微生物风险因为在厌氧发酵过程中,涉及到的微生物数量巨大,种类复杂,并且一些微生物既可以改变重金属在环境中的存在状态,使化学物毒性增强,引起严重的环境问题,还可以浓缩重金属,并通过食物链而积累。
沼液要想作为一种肥料安全使用,真正实现无害化的目的,必须高温杀灭那些寄生虫卵和各种病原菌,杀死危害作物的各种病虫害,并且抑制有害微生物的活性。
4影响沼液安全利用的因素沼气是一种可再生的生物质能,其发酵残留物沼液也是一种优质的有机肥。
有效开展沼液的安全利用,不仅避免资源的浪费,而且还能够取得很大的经济效益。
但在具体的利用过程中,发现许多因素都影响了它的利用。
41发酵原料由于发酵原料的不同,导致发酵后产生的沼液中各组分含量不同,营养成分不稳定,其中氮磷含量高,细菌指标也可能超标,如果不进行妥善处理,任意排放,必然造成二次污染。
农村大部分没有进行利用,直接排放,不但形成有机资源的浪费,更重要的是对土壤及环境的污染。
沼液中除了COD、氨氮等主要水质指标可能不满足排放要求外,卫生指标也常不能达到排放要求,像沼液中的碳浓度的高低,直接影响空气中温室气体的多少24。
笔者在对鄂尔多斯东胜区污泥、粪便、餐厨垃圾、生活垃圾“城市有机废弃物联合厌氧发酵工艺调查发现,发酵原料的不同,其沼液中个组分的含量有很大的不同(表2)。
表2发酵原料相关参数发酵原料氨氮mg/L电导率ms/cmCODmg/LTS%VS%粪便16664071544000464000餐厨274568191276001752955生活垃圾17713315664001351538污泥1688886252400055461542微生物种类及数量由于沼气发酵过程包含多个反应阶段,所涉及的微生物群类也很复杂,各种微生物的数量也在不断的发生变化,没有任何的微生物始终占据主导地位,其中包括细菌、真菌、放线菌、一些寄生虫卵和各种病原菌等25。
某些病毒、细菌、真菌和原生动物都能引起植物的病害,使植物功能失常,因而降低了植物生长和维持它们生态位的能力;病原体通过不同的途径进入植物体内,通过产生分解酶、毒素和生长调节因子干扰植物的正常功能。
被感染的植物能产生各种形态学和代谢上的异常,有的植物会快速死亡,或经历缓慢的变化过程,而走向死亡26。
近年来,人畜共患疾病如疯牛病、禽流感和血吸病的猖獗传播,可能使病原物和人类动物、环境之间形成新的传播途径,对人类的公共健康卫生已造成极大的危害。
如何阻断这些疾病的传播途径,建立有效的公共卫生体系,是目前亟待解决的问题,因此,加强对于沼液安全利用工程处理措施的研究和开发应该引起足够重视。
43沼液利用时间沼气发酵产生的沼液,一般都要经过一段时间的腐熟期,从而使一些营养元素和腐殖酸铵更好的进行溶解。
然而,在放置的过程中,由于沼液中大量氨氮的挥发,会使沼肥的速效养分含量大大降低,并且沼液在密闭和敞开不同的放置条件下,其pH值也会发生很大的变化,敞开的条件下会有明显的升高(图1),从而影响土壤的结构组成27。
图1不同处理对沼液pH的影响44沼液季节性过剩问题在养分的有效性和植物的需求相匹配的条件下,应避免沼液季节性过剩。
沼液季节性过剩不仅给农民造成了沼肥肥效的损失,也造成了经济上的损失。
一般做法是在田间建座储肥池,平时把沼肥积存在储肥池内备用28。
但是,这样使矿质的N更容易渗漏到土壤中进入到地下水中,氨气的挥发也可能造成生物的富营养化,从而对敏感的环境造成土壤酸化作用。
5结论与对策
(1)与欧盟国家相比,我国的沼液安全利用目前还处于起步阶段。
沼液安全利用的研究往往以提高生产产量为主,对沼液的安全利用(尤其是沼气工程处理的沼肥)还没有法规性的文件或管理制度;对管理、施用数量、施用性质还很模糊,农村基本上是过量的施用或是直接排放到农田,将造成土壤富营养化,影响农产品的品质;并且对沼液的安全利用尚处于定性认识阶段,社会还没形成对沼液的安全处理和安全施用的意识,尤其是城市环保处理后的污泥,基本上作为农用肥料施用,对其存在的危害性认识不足29。
(2)虽然近几年我国对沼液的利用发展的速度比较快,势头也很猛,取得了一些成效,但要安全、持续、稳步、长期发展,更好地提高沼液的利用效率,还必须做好以下工作:
完善沼肥的产品标准,加强对沼肥的质量监督和管理,尤其对079安徽农业科学2012年其卫生标准应该进行严格的控制和监管,防止一些污染物、重金属的超标,减少有毒有害物质的排放,造成土壤结构的破坏,环境的严重污染。
规范沼肥产品的质量检测,结合常规厌氧微生物学研究方法和现代分子生物学技术(如PCR扩增、16SrRNA和变形凝胶电泳(DGGE),分析混合原料厌氧消化过程优势微生物种群的群落变化,研究混合底物厌氧消化过程、底物组成与微生物种群之间的关系。
应引进国内外沼液处理的新技术,开发有机肥料、动植物有机营养液等商品化肥料产品的生产;还应在扩大肥料加工厂生产规模的同时,加大开拓有机肥料的市场30。
将沼液的安全利用纳入农业综合开发建设系统工程之中,使其成为开发能源、保护植被、改良土壤、改善农业环境的基础措施,开发沼液的多功能利用,促进农、林、牧、副和加工业的发展31。
参考文献1CLEMENSJ,TRIMBORNM,WEILANDP,etalMitigationofgreenhousegasemissionsbyanaerobicdigestionofcattleslurryJAgrEcosystEnvi-ron,2006,112:
1711772BTHB,RMERTBOrganichouseholdwastesasanitrogensourceinleekproductionJActaAgrScandSectB-SoilPl,2000,49:
2012083NYBERGK,SUNDHI,JOHANSSONM,etalPresenceofpotentialammo-niaoxidation(PAO)inhibitingsubstancesinanaerobicdigestionresiduesJAppliedSoilEcol,2004,26:
1071124曾国揆,谢建,尹芳沼气发电技术及沼气燃料电池在我国的应用状况与前景J可再生能源,2005
(1):
38405任南琪,王爱杰,马放产酸沼气微生物生理生态学M北京:
科学出版社,20056张典,田晓东,石蕊提高沼气发酵温度的技术措施分析J长春工业大学学报,2007,28(S1):
1821857邓良伟,陈子爱欧洲沼气发展现状J中国沼气,2007,25(5):
23318LLLMERP,GSTRAUNTHALERGEffectofseasonalchangesinquanti-tiesofbiowasteonfullscaleanaerobicdigesterperformanceJWasterManagemengt,2009,29
(1):
1621679万军浅谈“三沼”综合利用方式农技服务J农技服务,2010,27(6):
75810王远远,刘荣厚沼液综合利用研究进展J安徽农业科学,2007,35(4):
1089109111王钢,刘伟,王钦,等我国沼气技术的利用现状与前景展望J应用能源技术,2007(12):
313312邱凌庭院沼气高效技术M西安:
陕西省农业厅,2002:
11213313王玉琦,刘丹,南玉武“四位一体”沼气利用技术在西北地区的推广J农业环境与发展,2007
(1):
404114李清连沼气的综合利用技术J农技服务,2011,28
(2):
18518815张晓辉沼肥在防治农作物病虫害方面的应用J农村能源,1994(6):
232416王远远,刘荣厚沼液综合利用研究进展J安徽农业科学,2007,35(4):
1089109117刘银洲,王发富利用沼液给果树治虫和根外施肥试J中国沼气,1991,9
(1):
383918赵希彦沼气发酵残留物在养殖业中的综合利用J安徽农业科学,2009,37(26):
125921259419洪坚平,来航线应用微生物M北京:
中国林业出版社,200520高进梅沼气发酵残余物沼渣的综合利用J安徽农学通报,2009,15(15):
23924021赵希彦沼气发酵残留物在养殖业中的综合利用J安徽农业科学,2009,37(26):
125921259422DRURYCF,REYNOLDS,WD,TANCS,etalEmissionsofnitrousox-ideandcarbondioxideJSoilSciSocAmJ,2006,70:
57058123洪坚平,来航线应用微生物M北京:
中国林业出版社,200524沈萍微生物学M北京:
高等教育出版社,200025VERONICAARTHURSONClosingtheGlobalEnergyandNutrientCy-clesthroughApplicationofBiogasResiduetoAgriculturalLandPoten-tialBenefitsandDrawbacksJEnergiesJ,2009,2:
22624226李小平,魏泉源,金明军CO2吹脱提升厌氧发酵液PH值研究J中国沼气,2010,28(3):
3727刘向东提高沼气综合利用率的途径分析J农技服务,2010(10):
1374137528郑时选,李健德国沼肥利用的安全性与生态卫生J中国沼气,2009,27
(2):
454829赵立祥,息慧娇基于价值链分析的农村大型沼气利用的经济性研究J经济师,2009
(2):
26826930马来生,张全政提高沼气效率问题的研究J甘肃农业,1995(8):
202231周连仁,姜佰文肥料加工技术M北京:
化学工业出版社,200732冯伟,管涛,王晓宇,等沼液追施量对小麦叶绿素荧光动力学参数及产量的影响J华北农学报,2011
(2):
15716233范成五,刘德军,陈量,等辣椒沼液浸种育苗效果研究J江西农业学报,2011
(1):
777834GAOTG,CHENN,LIWQ,etalEffectofhighlyefficientnutrientsolu-tionofbiogasslurryonyieldandqualityofvegetablesJAgriculturalScienceTechnology,2011,12(4):
56757035郭月玲,张磊,曹金留沼液在农业生产中的应用研究现状及前景J江西农业学报,2011(5):
15415636赵会纳,潘文杰,雷波,等有机营养液对烟苗根系发育与生理特征的影响J西南农业学报,2010(6):
1863186637覃舟施用沼液对紫甘蓝产量、营养品质及土壤质量的影响J江西农业学报,2009(7):
838638柴仲平,王雪梅,孙霞,等施用沼肥对枣园土壤养分含量的影响J西南农业学报,2010(3):
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
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